JPH0428070Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、例えば所定の検知エリア内における
人体等の物体の存在の有無を非接触で検知して自
動開閉ドアの開閉や防犯警報装置の作動を制御す
るためのセンサに適用できる光線式物体検知装置
に関するものである。

＜従来の技術＞ 斯かる光線式物体検知装置は、投光部から所定
の検知エリアに向け投光ビームを投射するととも
に、その反射光を受光部で受光し、前記検知エリ
アに人間や動物等の移動物体が入り込んだ場合に
は、これによつて投光ビームが反射されて受光部
の受光量が増加し且つ変化することから、物体を
光学的に検知するようになつている。従来のこの
種の一般的な装置では、検知エリアが１つである
ことから、外光の影響を受けにくい長所を有する
反面、検知できる範囲が狭く、子供や動物等を検
知できないことがある。

そこで、検知エリアを２以上に増やして検知範
囲を広くすることが考えられ、この検知エリアを
２以上備えながらも外光の影響による誤動作を防
止して、しかも検出感度を高くしたものとして第
７図に示す構成としたものがある。次に、この装
置を、これの各部の動作電圧波形を示した第８図
を参照しながら説明すると、投光器においてそれ
ぞれ異なる検知エリアに向け設けられた発光ダイ
オードからなる一対の発光素子２ａ，２ｂは、発
振回路１から出力される第８図ａに示すような波
形の投光タイミング設定用同期信号により発光駆
動され、この発光素子２ａ，２ｂの発光が光学系
（図示せず）を介してパルス変調光よりなる投光
ビームとして各検知エリアに常時照射されてい
る。この各検知エリアからの反射光が、一対のフ
オトダイオードからなる受光素子３ａ，３ｂに光
学系（図示せず）を介して個々に導かれる。両受
光素子３ａ，３ｂは増幅回路４に対し差動接続さ
れていることにより、第８図ｂ，ｃに示すように
受光することによつて正方向および負方向の電圧
信号を負荷抵抗５に生じさせる。増幅回路４は、
第８図ｄに示すように負荷抵抗５の発生電圧を増
幅し、この増幅された信号が積分回路６で積分さ
れ、積分回路６からは、第８図ｅに示すように増
幅回路４の出力信号を積分してサンプルホールド
した信号が出力さ、さらに、微分回路７におい
て、積分回路の出力信号が微分されて第８図ｆに
示すように積分回路の出力信号の波形の変化に対
応した波形の信号に変換され、この信号が比較回
路８で設定レベルと比較され、設定レベル以上の
時に第８図ｇに示すような物体検知信号が出力さ
れる。

＜考案が解決しようとする問題点＞ ところで、第８図に示したｔ１の期間は両検知
エリアに物体が存在しない状態、ｔ２の期間は両
検知エリアに太陽光等の外乱光が照射された状
態、ｔ３の期間は一方の発光素子２ａにより設定
された検知エリアを人体が通過した状態、ｔ４の
期間は両発光素子２ａ，２ｂによりそれぞれ設定
された各検知エリアを人体が同時に通過した状態
をそれぞれ示す。この図から明らかなように、ｔ
１の期間においては、両検知エリアは通常近接し
て設けられることにより、両検知エリアの設定床
面や壁面からの反射光量はほぼ同一であり、ま
た、両受光素子３ａ，３ｂが差動接続されている
ために極性が互いに逆であり、同じ大きさの電圧
が互いに打ち消し合うことによつて増幅回路４か
らは信号出力されない。さらに、ｔ２の期間にお
いても、太陽光、照明光或いは自動車のヘツドラ
イト等による外乱光が両検知エリアに同時に入射
するため、互いに打ち消し合い、外乱光による影
響を除外される。さらにまた、ｔ３の期間におい
て、一方の検知エリアに入り込んだ人体により一
方の発光素子２ａからの投光ビームが反射され、
これを受光する一方の受光素子３のみの受光量が
増大し、この一方の受光素子３ａによる発生電圧
から他方の受光素子３ｂによる発生電圧を減算し
た第８図ｄに示すような電圧信号が増幅回路４に
入力されて増幅された後に積分回路６で積分さ
れ、微分回路７で微分されて変化分に対応した信
号に変換され、この信号が比較回路８の設定検知
レベル以上となつて比較回路８から第８図ｇに示
すような物体検知信号が出力される。

しかしながら、ｔ４の期間において、両検知エ
リアをそれぞれ人体が同時に通過した場合には、
第８図ｂ，ｃに示すように両受光素子３ａ，３ｂ
により生じる電圧がほぼ同じ大きさとなるか、或
いは殆んど差のない大きさとなり、外乱光が入射
した場合と同様に互いに打ち消し合つて増幅回路
４から信号出力されないか、あるいは極めて小さ
な信号が出力されることになり、検知感度が極端
に低下する問題がある。

＜考案の目的＞ 本考案は、このような従来の技術課題に鑑みこ
れを解消するためになされたもので、外乱光の影
響による誤動作を防止する構成としながらも、対
をなす各発光素子によりそれぞれ設定された２つ
の検知エリアに同時に物体が入つた場合において
も高感度に検出できるような光線式物体検知装置
を提供することを目的としている。

＜問題点を解決するための手段＞ 本考案の光線式物体検知装置は、前記目的を達
成するために、交互に発光駆動される少なくとも
２個１組の発光素子を備えてこの２個の発光素子
から互いに異なる検知エリアに向けそれぞれ投光
ビームを出射する投光部と、前記２個の発光素子
の各々の投光ビームの各反射光を個々に受光する
少なくとも２個１組の受光素子を互いに逆極性の
受光信号を出力するよう接続した受光部と、前記
２個の受光素子の各受光信号を差動増幅する増幅
回路と、この増幅回路の出力信号を反転する反転
回路と、この反転回路および前記増幅回路に個々
に接続されて前記１組の両発光素子のうちの一方
の駆動時間に同期して該反転回路の出力信号の通
過を許容し且つ他方の駆動時間に同期して該増幅
回路の出力信号の通過を許容する少なくとも２個
の同期回路と、この両同期回路の各出力信号を加
算する信号合成回路と、この信号合成回路の出力
信号を検知レベルと比較して検知レベル以上であ
る場合に物体検知信号を出力する比較回路とを備
えてなることを特徴とするものである。

＜作用＞ 前記構成としたことにより、１対の発光素子が
交互に発光駆動ささることにより、これらにそれ
ぞれ対応する１対の受光素子にも各検知エリアか
らの反射光が交互に受光される。この両受光素子
からは互いに逆極性の受光信号がそれぞれ出力さ
れ、この両受光信号が増幅回路で差動増幅される
ため、増幅回路からの出力信号は正方向と負方向
の電圧信号が交互に出力する波形となる。この信
号とこれを反転回路で反転した信号とがそれぞれ
対をなす前記発光素子の駆動時間に同期して同期
回路を通過することにより、一方の受光素子によ
る発生電圧の増幅信号と、他方の受光素子による
発生電圧を反転した増幅信号とが得られ、この両
信号が加算される。従つて、各検知エリアに物体
が存在しない場合、両同期回路をそれぞれ通過し
て交互に出力される信号は、大きさ及び方向が同
じになるので、これらを加算した信号は小さな一
定レベルとなる。また、検知エリアに外乱光が入
射した場合、この外乱光により増大した両受光素
子の受光量分が増幅回路で差動増幅されることで
互いに打ち消し合つて除外され、加算信号は、前
述の両検知エリアに物体が存在しない場合とほぼ
同一の小さな一定レベルとなる。そこで、比較回
路の検知レベルを前述の一定レベルよりも高く設
定しておけば、両検知エリアに物体が存在しない
場合および検知エリアに外乱光が入射した場合の
何れにおいても比較回路から物体検知信号は出力
されない。

そして、一方の検知エリアに物体が入り込んだ
場合には、この検知エリアに対応する受光素子の
受光量のみが増加されるため、この受光素子によ
る発生電圧の増幅信号レベルは、前述の検知エリ
アに物体が存在しない場合の信号レベルよりも高
いレベルとなり、他方の受光素子による発生電圧
の増幅信号レベルは、検知エリアに物体が存在し
ない場合の一定レベルと同じであり、これら両増
幅信号が加算された後に比較回路の検知レベルと
比較される。そこで、比較回路の検知レベルを、
前述の一方の受光素子の発生電圧の増幅信号レベ
ルより低く設定しておくことにより、比較回路か
ら物体検知信号が出力される。

さらにまた、両検知エリアにそれぞれ物体が同
時に入り込んだ場合、両受光素子の受光量が共に
増加するから、両受光素子による各発生電圧の増
幅信号レベルは、何れも検知エリアに物体が存在
しない場合の信号レベルより高いレベルとなり、
この両信号を加算した信号は、比較回路の検知レ
ベルよりも高い一定レベルとなる。そのため、極
めて高感度に物体を検知できる。

＜実施例＞ 以下、本考案の好適な一実施例について図面を
参照しながら詳細に説明する。

本考案の一実施例を示した第１図において、第
７図と同一若しくは同等のものには同一の符号を
付してある。そして、発光素子駆動回路９は、発
振回路１から出力される２種の同期信号により一
対の発光素子２ａ，２ｂを交互に発光駆動させる
ものである。また、反転回路１０は増幅回路４か
らの増幅信号を反転するもので、増幅回路４と積
分回路６との間および反転回路１０と積分回路６
との間に、それぞれ電界効果トランジスタからな
る同期回路１１，１２が介挿接続されており、こ
の各同期回路１１，１２のゲートにそれぞれ発振
回路１から出力される２種の同期信号が入力され
る。さらに、両同期回路１１，１２の出力側が互
いに接続されて信号合成回路１３が構成されてい
る。

また、第２図に示すように、各発光素子２ａ，
２ｂの発光が投光用光学系１４を介してパルス変
調光よりなる投光ビームとしてそれぞれ所定の検
知エリア１６，１７に常時投射されており、この
各検知エリア１６，１７からの反射光が、投光用
光学系１５を介してそれぞれ対応する個々の受光
素子３ａ，３ｂに導かれるようになつている。

次に、前記実施例の作用を、第１図の各部の動
作電圧波形を示した第３図を参照しながら詳説す
る。第８図におけるＴ１の期間は両検知エリア１
６，１７に物体が存在しない状態、Ｔ２の期間は
検知エリア１６，１７に外乱光が照射された状
態、Ｔ３の期間は一方の発光素子２ａにより設定
された検知エリア１６を人体が通過した状態、Ｔ
４の期間は両検知エリア１６，１７を人体がそれ
ぞれ同時に通過した状態をそれぞれ示す。先ず、
Ｔ１の期間において、発振回路１からは、第３図
ａ，ｂに示すように互いに齟齬状になるよう位相
のずれた２種の同期信号Ａ，Ｂが出力され、この
両同期信号Ａ，Ｂにより発光素子駆動回路９が両
発光素子２ａ，２ｂを交互に発光駆動し、両検知
エリア１６，１７に投光ビームが交互に常時投射
されている。この検知エリア１６，１７からの反
射光が、光学系１５を介して各受光素子３ａ，３
ｂに個々に導かれ、この各受光素子３ａ，３ｂが
それぞれ受光する毎に、負荷抵抗５には第３図
ｃ，ｄに示すように正方向および負方向の電圧信
号が交互に発生する。この両電圧信号が増幅回路
４で差動増幅されて第３図ｅに示すように正方向
と負方向の電圧信号が交互に出力する矩形波状の
増幅信号Ｅが出力される。この増幅信号Ｅとこれ
を反転回路１０を介して反転した第３図ｆに示す
反転信号Ｆとが、それぞれ発振回路１の各同期信
号Ａ，Ｂにより駆動される同期回路１１，１２を
通過した後に加算される。ここで、一方の同期回
路１１を通過した信号Ｇは、第３図ｇに示すよう
に、一方の受光素子３ａにより発生する第３図ｃ
に示した電圧信号を増幅回路４で増幅した波形と
なり、他方の同期回路を通過した信号Ｈは、他方
の受光素子３ｂにより発生する第３図ｄに示した
電圧信号を増幅した後に反転した波形となり、こ
の両信号Ｇ，Ｈは、両検知エリア１６，１７の床
面や壁面の反射率が同一であることから、ほぼ同
一波形であつて互いに位相のずれたものとなる。
従つて、この両信号Ｇ，Ｈを加算した信号Ｉは、
第３図ｉに示すように一定レベルとなり、この信
号Ｉを積分回路６で積分してサンプルホールドし
た信号Ｊも、第３図ｊに示すようにほぼ同波形の
まま微分回路７に送られる。この信号は一定レベ
ルであつて変化しないため、微分回路７の出力信
号Ｋは、第３図ｋに示すように０ボルトである。
ここで比較回路８の検知レベルを０ボルトより僅
かに高い電圧値に設定されているとすると、比較
回路８の出力信号Ｌは０ボルトである。

次に、Ｔ２の期間において、各受光素子３ａ，
３ｂの受光により負荷抵抗５にそれぞれ生じる正
方向および負方向の電圧信号は、第３図ｃ，ｄに
示すように、前述のＴ１の期間における電圧信号
を外乱光により増加した受光量分に相当する信号
レベル＋ｖ，−ｖを重畳した波形となるが、これ
らを増幅回路４で差動増幅することにより、第３
図ｅに示すように、正負の信号レベル＋ｖ，−ｖ
が互いに打ち消し合つてＴ１の期間における増幅
信号Ｅと同一波形となる。即ち、外乱光による影
響が完全に除外される。

そして、Ｔ３の期間は、一方の発光素子２ａに
よる検知エリア１６を物体が通過した状態であ
り、この物体により発光素子２ａによる投光ビー
ムが反射され、第３図ｃに示すように一方の受光
素子３ａの受光量のみが増加する。従つて、信号
合成回路１３からの加算信号Ｉは、第３図ｉに示
すような波形となり、この加算信号Ｉが積分回路
６で積分されて第３図ｊに示すような波形に変換
された後に微分回路７で微分され、第３図ｋに示
すように、微分回路７からは、物体が検知エリア
１６に入る時と出る時における積分信号Ｊの変化
分を検出した信号Ｋが出力され、比較回路８から
は第３図１に示すような物体検知信号Ｌが出力さ
れる。

さらに、Ｔ４の期間において、両検知エリア１
６，１７を物体が同時に通過するので、第３図
ｃ，ｄに示すように両受光素子３ａ，３ｂの受光
量が共に増加する。従つて、信号合成回路１３か
らの合成信号Ｉは、第３図ｉに示すように、投光
ビームの物体からの反射光による増加受光量に相
当する一定レベルとなり、この合成信号Ｉを微分
すると、前述のＴ３の期間と同様に、物体が検知
エリア１６，１７にそれぞれ同時に入る時と出る
時とにおける積分信号Ｊの変化分を検出した信号
Ｋとなり、比較回路８から物体検知信号Ｌが出力
される。このように、両検知エリア１６，１７を
物体が同時に通過した場合にもこれを高感度に検
知することができる。

尚、本考案は前記実施例にのみ限定されるもの
ではなく、請求の範囲を逸脱しない限りの種々の
実施様態が考えられるのは勿論である。例えば、
前記実施例では、２個１対の発光素子２ａ，２ｂ
と受光素子３ａ，３ｂを設けて２つの検知エリア
１６，１７を設定した場合を示したが、発光素子
および受光素子を２個１組として複数組設けた
り、投光用光学系により投光ビームを分割すると
ともに分割数に応じた受光素子を設けるか、若し
くは分割された投光ビームに対応した受光用光学
系を設けることにより、２以上の検知エリアを設
定することもできる。但し、検知エリアの数は２
の倍数つまり偶数とする必要がある。

また、実施例では積分回路６と微分回路７を設
けて光量の変化分から移動する物体を検知する場
合を例示したが、合成回路１３の出力信号Ｉまた
は積分回路６の出力信号Ｊの何れかを比較回路８
に入力して反射光の絶対量から検知エリア内で静
止する物体をも検知する方式とすることもでき
る。この場合、比較回路８の基準電圧を可変と
し、装置の設置時毎に異なる検知エリアの対象面
となる床面、壁面の反射率や対象面と装置との間
隔に応じて検知レベルを適当に設定すればよい。

さらに、前記実施例では１対の受光素子３ａ，
３ｂを逆並列に接続することによつて増幅回路４
に差動接続するようにしたが、第４図に示すよう
に、一対の受光素子３ａ，３ｂを差動増幅回路１
８の非反転入力端子＋および反転入力端子−にそ
れぞれ接続する構成としても前記実施例と同等の
効果を得ることができる。また、第５図に示すよ
うに、１対の受光素子３ａ，３ｂをそれぞれ増幅
器１９，２０および抵抗２１，２２を介して逆並
列接続し、両受光素子３ａ，３ｂの受光信号を予
め増幅した後に加算して増幅回路４に入力するよ
うにしてもよい。さらにまた、前記実施例では、
発振回路１の２種の同期信号Ａ，Ｂが完全な齟齬
状態で出力されるよう位相をずらして両発光素子
２ａ，２ｂを間断なく交互に発光駆動させるよう
にしたが、同期部にサンプルホールド回路を組み
合わせることにより、第６図ａ，ｂに示すように
交互に且つ断欠的に出力する同期信号を用いるこ
ともできる。

＜考案の効果＞ 以上詳述したように本考案の光線式物体検知装
置によると、１対の発光素子を交互に発光駆動さ
せ、この発光素子に対応して設けた１対の受光素
子による各受光信号を差動増幅し、この増幅信号
を一方の発光素子の投光タイミングを設定する同
期信号により抽出した信号と、前記増幅信号の反
転信号を他方の発光素子の投光タイミングを設定
する同期信号により抽出した信号とを加算し、こ
の加算信号を比較回路の検知レベルと比較して物
体検知信号を出力する構成としたので、外乱光に
より受光量の増加分は差動増幅することにより相
殺するので、外乱光による誤動作を確実に防止す
ることができる。また、両受光素子による受光信
号は交互に且つ逆極性に出力されるので、これら
を差動増幅しても互いに打ち消し合うことがな
く、信号合成回路の出力信号は受光量に対応した
信号レベルとなり、１対の検知エリアに物体が同
時に入り込んだ場合にも、一方の検知エリアにの
み物体が入つた場合とほぼ同レベルの信号を得る
ことができるので、高感度に検出することができ
る。しかも、受光量に対応した信号レベルの加算
信号を得られるので、移動物体および静止物体の
何れをも確実に検知できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本考案の光線式物体検知
装置の一実施例のブロツク構成図および光学図、
第３図ａ〜ｌは第１図の各部の動作電圧波形を示
すタイミングチヤート、第４図および第５図は何
れも本考案の他の実施例の一部の結線図、第６図
ａ，ｂは本考案のさらに他の実施例の同期信号の
波形図、第７図は従来装置のブロツク構成図、第
８図ａ〜ｇは第７図の各部の動作電圧波形を示す
タイミングチヤートである。 １……発振回路、２ａ，２ｂ……発光素子、３
ａ，３ｂ……受光素子、４，１８，１９，２０…
…増幅回路、８……比較回路、１０……反転回
路、１１，１２……同期回路、１３……信号合成
回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 交互に発光駆動される少なくとも２個１組の
   発光素子を備えてこの２個の発光素子から互い
   に異なる検知エリアに向けそれぞれ投光ビーム
   を出射する投光部と、前記２個の発光素子の
   各々の投光ビームの各反射光を個々に受光する
   少なくとも２個１組の受光素子を互いに逆極性
   の受光信号を出力するよう接続した受光部と、
   前記２個の受光素子の各受光信号を差動増幅す
   る増幅回路と、この増幅回路の出力信号を反転
   する反転回路と、この反転回路および前記増幅
   回路に個々に接続されて前記１組の両発光素子
   のうちの一方の駆動時間に同期して該反転回路
   の出力信号の通過を許容し且つ他方の駆動時間
   に同期して該増幅回路の出力信号の通過を許容
   する少なくとも２個の同期回路と、この両同期
   回路の各出力信号を加算する信号合成回路と、
   この信号合成回路の出力信号を検知レベルと比
   較して検知レベル以上である場合に物体検知信
   号を出力する比較回路とを備えてなる光線式物
   体検知装置。 (2) 信号合成回路と比較回路との間に、前記信号
   合成回路の出力信号の積分回路と、この積分回
   路の出力信号の変化分の検出信号を前記比較回
   路に対し出力する微分回路とを介挿接続した実
   用新案登録請求の範囲第１項に記載の光線式物
   体検知装置。